Si estás buscando construir una nave espacial poderosa, nada es mejor que la antimateria. El Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA está financiando un equipo de investigadores para intentar diseñar una nave espacial con antimateria que pueda evitar algunos de esos problemas.
La mayoría de las naves espaciales que se respetan en las historias de ciencia ficción usan la antimateria como combustible por una buena razón: es el combustible más potente conocido. Si bien se necesitan toneladas de combustible químico para impulsar una misión humana a Marte, solo decenas de miligramos de antimateria funcionarán (un miligramo es aproximadamente una milésima parte del peso de un pedazo del dulce M&M original).
Sin embargo, en realidad este poder tiene un precio. Algunas reacciones antimateria producen explosiones de rayos gamma de alta energía. Los rayos gamma son como rayos X en los esteroides. Penetran en la materia y rompen las moléculas en las células, por lo que no son saludables para estar cerca. Los rayos gamma de alta energía también pueden hacer que los motores sean radiactivos al fragmentar los átomos del material del motor.
El Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) está financiando a un equipo de investigadores que trabajan en un nuevo diseño para una nave espacial alimentada con antimateria que evita este desagradable efecto secundario al producir rayos gamma con mucha menos energía.
La antimateria a veces se denomina imagen especular de la materia normal porque, aunque se parece a la materia ordinaria, algunas propiedades se invierten. Por ejemplo, los electrones normales, las partículas familiares que transportan corriente eléctrica en todo, desde teléfonos celulares hasta televisores de plasma, tienen una carga eléctrica negativa. Los antielectrones tienen una carga positiva, por lo que los científicos los denominaron "positrones".
Cuando la antimateria se encuentra con la materia, ambos se aniquilan en un destello de energía. Esta conversión completa en energía es lo que hace que la antimateria sea tan poderosa. Incluso las reacciones nucleares que impulsan las bombas atómicas se producen en un distante segundo lugar, con solo aproximadamente el tres por ciento de su masa convertida en energía.
Los diseños anteriores de naves espaciales alimentadas con antimateria empleaban antiprotones, que producen rayos gamma de alta energía cuando se aniquilan. El nuevo diseño utilizará positrones, que producen rayos gamma con aproximadamente 400 veces menos energía.
La investigación del NIAC es un estudio preliminar para ver si la idea es factible. Si parece prometedor, y hay fondos disponibles para desarrollar con éxito la tecnología, una nave espacial impulsada por positrones tendría un par de ventajas sobre los planes existentes para una misión humana a Marte, llamada Misión de Referencia de Marte.
"La ventaja más significativa es más seguridad", dijo el Dr. Gerald Smith de Positronics Research, LLC, en Santa Fe, Nuevo México. La misión de referencia actual exige un reactor nuclear para impulsar la nave espacial a Marte. Esto es deseable porque la propulsión nuclear reduce el tiempo de viaje a Marte, aumentando la seguridad de la tripulación al reducir su exposición a los rayos cósmicos. Además, una nave espacial de propulsión química pesa mucho más y cuesta mucho más lanzarla. El reactor también proporciona una amplia potencia para la misión de tres años. Pero los reactores nucleares son complejos, por lo que más cosas podrían salir mal durante la misión. "Sin embargo, el reactor de positrones ofrece las mismas ventajas pero es relativamente simple", dijo Smith, investigador principal del estudio NIAC.
Además, los reactores nucleares son radiactivos incluso después de que su combustible se agota. Después de que la nave llegue a Marte, los planes de la Misión de referencia son dirigir el reactor a una órbita que no se encontrará con la Tierra durante al menos un millón de años, cuando la radiación residual se reducirá a niveles seguros. Sin embargo, no hay radiación sobrante en un reactor de positrones después de que el combustible se haya agotado, por lo que no hay problemas de seguridad si el reactor de positrones gastado debe volver a entrar accidentalmente en la atmósfera de la Tierra, según el equipo.
Será más seguro lanzarlo también. Si explota un cohete que lleva un reactor nuclear, podría liberar partículas radiactivas a la atmósfera. “Nuestra nave espacial positrón lanzaría un destello de rayos gamma si explotara, pero los rayos gamma desaparecerían en un instante. No habría partículas radiactivas a la deriva en el viento. El flash también se limitaría a un área relativamente pequeña. La zona de peligro sería de aproximadamente un kilómetro (aproximadamente media milla) alrededor de la nave espacial. Un cohete grande de propulsión química común tiene una zona de peligro de aproximadamente el mismo tamaño, debido a la gran bola de fuego que resultaría de su explosión ", dijo Smith.
Otra ventaja significativa es la velocidad. La nave espacial Mission de referencia llevaría a los astronautas a Marte en unos 180 días. "Nuestros diseños avanzados, como el núcleo de gas y los conceptos de motor ablativo, podrían llevar a los astronautas a Marte en la mitad de ese tiempo, y tal vez incluso en tan solo 45 días", dijo Kirby Meyer, ingeniero de Positronics Research en el estudio.
Los motores avanzados lo hacen funcionando en caliente, lo que aumenta su eficiencia o "impulso específico" (Isp). Isp son las “millas por galón” de cohetes: cuanto más alto es el Isp, más rápido puede ir antes de agotar el suministro de combustible. Los mejores cohetes químicos, como el motor principal del transbordador espacial de la NASA, alcanzan un máximo de alrededor de 450 segundos, lo que significa que una libra de combustible producirá una libra de empuje durante 450 segundos. Un reactor nuclear o de positrones puede hacer más de 900 segundos. El motor ablativo, que se vaporiza lentamente para producir empuje, podría alcanzar los 5.000 segundos.
Un desafío técnico para hacer realidad una nave espacial de positrones es el costo de producir los positrones. Debido a su efecto espectacular sobre la materia normal, no hay mucha antimateria alrededor. En el espacio, se crea en colisiones de partículas de alta velocidad llamadas rayos cósmicos. En la Tierra, tiene que ser creado en aceleradores de partículas, máquinas inmensas que rompen átomos juntos. Las máquinas se utilizan normalmente para descubrir cómo funciona el universo en un nivel profundo y fundamental, pero pueden aprovecharse como fábricas de antimateria.
"Una estimación aproximada para producir los 10 miligramos de positrones necesarios para una misión humana en Marte es de unos 250 millones de dólares utilizando la tecnología que se encuentra actualmente en desarrollo", dijo Smith. Este costo puede parecer alto, pero debe considerarse contra el costo adicional de lanzar un cohete químico más pesado (los costos actuales de lanzamiento son de aproximadamente $ 10,000 por libra) o el costo de combustible y asegurar un reactor nuclear. "Basado en la experiencia con la tecnología nuclear, parece razonable esperar que el costo de producción de positrones disminuya con más investigación", agregó Smith.
Otro desafío es almacenar suficientes positrones en un espacio pequeño. Debido a que aniquilan la materia normal, no puedes meterlos en una botella. En cambio, tienen que estar contenidos con campos eléctricos y magnéticos. "Estamos seguros de que con un programa dedicado de investigación y desarrollo, estos desafíos pueden superarse", dijo Smith.
Si esto es así, quizás los primeros humanos en llegar a Marte llegarán en naves espaciales impulsadas por la misma fuente que disparó naves espaciales a través de los universos de nuestros sueños de ciencia ficción.
Fuente original: Comunicado de prensa de la NASA
